ES2240807T3 - Recepcion de mensajes de datos en sistemas de comunicaciones que comprendan rutas de redes redundantes. - Google Patents
Recepcion de mensajes de datos en sistemas de comunicaciones que comprendan rutas de redes redundantes.Info
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Abstract
Método para la recepción de paquetes de datos, los cuales son identificados por identificadores, en una fast ethernet, isócrona en tiempo real, IRTE, para comunicación en tiempo real, en el cual un nodo tiene un primer (10) y un segundo (11) puerto de entrada y el cual en la red de datos tiene una ruta de redundancia según los siguientes pasos: - Recepción (15) en el primer puerto de entrada del primer paquete de datos con un identificador en el primer valor del temporizador. - Carga (16) los datos del usuario desde el primer paquete de datos en el espacio direccional del identificador en una memoria en el nodo, y carga el valor del primer temporizador. - Recepción (17) en el segundo puerto de entrada del segundo paquete de datos teniendo el identificador del primer paquete de datos en el segundo valor del temporizador. - En caso de que el primer y segundo valor del temporizador no sean idénticos, sobrescribir (18) el espacio de dirección, asignada al identificador, y el valor del temporizador cargado del primer paquete de datos, con los datos de usuario y valor de temporizador del segundo paquete de datos.
Description
Recepción de mensajes de datos en sistemas de
comunicaciones que comprendan rutas de redes redundantes.
La invención se refiere a un procedimiento para
recibir mensajes de datos en sistemas de comunicación con rutas de
redes redundantes.
Las redes de datos se forman por redes de nodos
entrelazados y posibilitan la comunicación entre varios
participantes. Comunicación significa en este caso la retransmisión
de datos entre los participantes. Los datos por transmitir se envían
como mensajes de datos, lo que quiere decir que los datos se juntan
en uno o varios paquetes y de esa forma se envían a través de redes
de datos al correspondiente destinatario. Por eso se habla de
paquetes de datos. El término transmisión de datos se utiliza como
sinónimo para la transmisión de mensajes de datos o paquetes de
datos, como se ha mencionado más arriba.
Para la transmisión de datos, por ejemplo con los
datos de redes de alto rendimiento ajustables, sobre todo con
Ethernet, se utiliza entre los participantes una conexión de acople
por nodos. Cada acople por nodos puede conectarse con más de dos
participantes, y uno mismo puede ser participante. Participantes son
por ejemplo ordenadores, mandos programables (SPS) u otras máquinas
que intercambien datos electrónicos con otras máquinas,
especialmente procesos.
En sistemas automáticos distribuidos, por
ejemplo, en el ámbito de la tecnología de sistemas de propulsión, se
precisan de los receptores ciertos datos específicos que tienen que
llegar a ciertos participantes y procesos en un tiempo específico.
Se refiere con esto a datos a tiempo real críticos y/ó tráfico de
datos a tiempo real crítico, en donde el no recibir datos en destino
a tiempo conlleva resultados no deseados en los participantes.
El presente estado de la técnica incluye un envío
de datos duplicados por caminos redundantes para aumentar la
probabilidad de recibir al menos un paquete en caso de error o
perturbación. El dispositivo receptor reconoce los duplicados a
través de distintivos de paquetes, tales como, por ejemplo, a través
de los números de secuencia. Un procedimiento según admite la WO
00/13376.
Del mismo modo, es conocido el uso de un
síncrono, sistema de comunicación sincronizado, y con
características equidistantes (sistema de comunicación isócrono).
Por esto se entiende un sistema de al menos dos participantes,
quienes están conectados a través de una red de datos para el
propósito de intercambio de datos y/o la mutua transmisión de
datos.
El intercambio de datos se realiza cíclicamente
en ciclos de comunicación equidistantes (ciclos isócronos), los
cuáles están establecidos por el reloj de comunicación utilizado por
el sistema. Los participantes son, por ejemplo, dispositivos
centrales de automatización, por ejemplo controladores programables
(SPS, controles de movimiento) o por otras unidades de control,
ordenadores, o máquinas que intercambien datos electrónicos con
otras máquinas, en particular datos de proceso de otras máquinas y
dispositivos periféricos, como por ejemplo grupos de construcción de
entrada o salida, dispositivos de escritura/lectura, actuadores y
sensores. Bajo el nombre de unidades de control se entiende unidades
de regulación o de mando de todo tipo. Para la transmisión de datos
se usan sistemas de comunicación como por ejemplo Feldbus, Profibus,
Ethernet, Ethernet industrial, FireWire o también sistemas de bus
internos de ordenador (PCI), etc.
Una comunicación en tiempo real consiste en una
comunicación planeada. Con ella se envían mensajes de datos de un
participante en un momento determinado y a través de un puerto
determinado. Un nodo de recepción espera del mismo modo los paquetes
a tiempo real en un momento determinado y en un puerto determinado.
El planeamiento de la comunicación isocrónica en tiempo real, y por
ende de la ruta, por el que el mensaje en tiempo real toma la red,
es fijado exactamente. Durante un ciclo de comunicación se
intercambia la copia completa de la periferia dentro de un nodo. La
copia de la periferia cubre todos los datos críticos a tiempo real,
los cuales son enviados por un participante, para ser recibidos y
archivados en un cierto rango de dirección de memoria. El rango
completo de direcciones de memoria se sobrescribe durante un
ciclo.
Los componentes de la automatización (por ejemplo
mandos, dispositivos de escritura/lectura,...) tienen a menudo un
interfaz con un sistema de comunicación cíclico sincronizado. Un
ciclo rápido (Fast-Cycle) de los componentes
automatizados (por ejemplo controles de monitorización profunda,
regulación de número de revoluciones y esfuerzos de torsión de un
dispositivo de lectura/escritura) está sincronizado con el ciclo de
comunicación. Así, la sincronización de la comunicación queda
especificada. Otros algoritmos ejecutados en ciclo lento
(Slow-Cycle) (por ejemplo controles de temperatura)
pueden comunicarse con el componente automatizado, aunque, sólo
pueden comunicarse a través de este sincronismo de comunicación con
otros componentes (como interruptores binarios para ventiladores,
bombas), y esto a pesar de que un ciclo todavía aún mas lento sería
suficiente. El uso de un solo sincronismo de comunicación para la
transmisión de toda la información en el sistema da como resultado
una alta demanda de recursos al rango de transmisión del
circuito.
En la comunicación a tiempo real en un
Real-Time-Fast-Ethernet
(IRTE) existe en el ciclo isocrónico, un intervalo de tiempo IRT
(IRT-Z) y un intervalo de tiempo NRT
(NRT-Z, Non Real-Time). En el
intervalo de tiempo de IRT se intercambian por ciclos los datos a
tiempo real, mientras en el intervalo de tiempo de NRT se comunican
a través de comunicación Ethernet estándar. El intervalo de tiempo
NRT se ofrece especialmente para la transmisión de datos de
algoritmos ejecutados en ciclo lento. Éstos ya no se tendrán que
transmitir en todo ciclo isócrono. De esta manera el tráfico de
datos puede ser reducido. Una red de tráfico
de datos así es bien conocida de DE 100 58 524.
de datos así es bien conocida de DE 100 58 524.
Durante la comunicación estándar de Ethernet las
redes de datos pueden tener rutas de redes redundantes y/o tener
círculos cerrados. Éstos tienen que estar interrumpidos en un punto,
por ejemplo con ayuda del algoritmo Spanning-Tree,
si no, pueden aparecer mensajes de datos de referencias circulares.
Se mantiene la topología, pero se apagan tanto un puerto de envío y
uno de recepción de dos nodos vecinales para eliminar una ruta de
nodos de red redundante.
La figura 1 muestra tres isociclos seguidos en
una comunicación a tiempo real en un isócrono
Real-Time-Ethernet (IRTE). El
correspondiente sistema de comunicación es bien conocido de DE 100
58 524. Los ciclos isócronos con los números de ciclo 0, 1 y 2
tienen la misma longitud. En cada ciclo isócrono un intervalo de
tiempo IRT sigue a un intervalo de tiempo NRT. La longitud del
intervalo de tiempo NRT se obtiene de la longitud del ciclo total de
isócrono menos el intervalo de tiempo de IRT.
Pueden aparecer errores de transmisión durante la
transmisión de mensajes de datos que pueden conllevar mensajes de
datos no válidos o no recibidos. No se dispondrá entonces de los
mensajes de datos para terminar la copia de la periferia. La copia
de la periferia en un nodo es entonces inconsistente y no
utilizable.
El invento tiene la función de crear un sistema
mejorado para la comunicación a tiempo real y sobre todo crearlo
para el Real-Time-Ethernet
isócrono.
La función del invento se resuelve con un
procedimiento con las características de la reivindicación
independiente 1. Formas preferentes de ejecución se encuentran
indicadas en la reivindicación dependiente 2.
En el procedimiento del invento se envían
mensajes de datos idénticos, que serán reconocidos por sus marcas,
mientras la comunicación a tiempo real planeada se manda a un nodo a
través de un camino de redes disyuntivas. Por lo menos una de las
rutas de redes es redundante y además el conjunto de redes tiene
casi siempre un anillo cerrado. Todos los datos que pueden recibirse
de la copia de la periferia se pueden recibir dos o varias veces en
un nodo. Si se perturba la transmisión en una ruta de la red, se
podrá siempre recibir los mensajes de datos a través de otro camino
de datos alternativo.
El sistema de comunicación se hace así seguro
contra perturbaciones y seguirá funcionando. En concreto, se puede
utilizar y/o utilizar favorablemente en sistemas automatizados como
máquinas empaquetadoras, prensas, máquinas inyectoras de plástico,
máquinas textiles, impresoras, máquinas de herramientas, robots,
sistemas de manipulación, máquinas de trabajo de madera, máquinas de
trabajo de cristal y de cerámica(s) así como también en
elevadores.
A la recepción del primer mensaje de datos a
tiempo real crítico, con un nodo con una aplicación al valor del
Temporizador, se guardan los datos utilizables de este primer
mensaje de datos con la identificación asignada en el rango de
dirección memoria. Después se recibe un segundo mensaje de datos en
un segundo puerto del nodo de entrada con la identificación del
primero. El primer y el segundo puerto de entrada pueden ser
idénticos.
En la mejoría del invento se usa como valor del
Temporizador el número del ciclo para el cuál se recibe un mensaje
de datos.
En una forma preferente de ejecución del invento,
los datos de uso y el valor almacenado del Temporizador del primer
mensaje de datos se sobrescriben con los primeros datos de uso y el
valor del temporizador del segundo mensaje de datos, si el valor del
primero y segundo temporizador no son idénticos.
En una siguiente forma preferida de ejecución del
invento se sobrescriben los datos y el valor del Temporizador del
primer mensaje de datos solamente si el segundo mensaje de datos es
válido.
En una especial versión del invento puede ser
inválido el primer mensaje de datos. Los datos de uso y el valor del
Temporizador del primer e invalidado mensaje de datos serán
sobrescritos con los datos de uso de los valores del Temporizador
del segundo y válido mensaje de datos incluso si los dos mensajes de
datos tienen valores de Temporizador idénticos.
A continuación se explica el invento en las
formas preferidas y con referencia a los dibujos. Estos
muestran:
Figura 1: Un diagrama de tiempo de la
comunicación a tiempo real en un IRTE.
Figura 2: Un diagrama organizado de una red de
datos para la comunicación de datos a tiempo real con rutas
redundantes de redes.
Figura 3: Un diagrama de bloque con un nodo
según el invento
Figura 4: Un diagrama de flujo según el invento
del proceso para la recepción de mensajes de datos.
La figura 2 señala una red de datos para la
comunicación a tiempo real con rutas redundantes de red. Por
ejemplo, el nodo 3 puede recibir mensajes de datos a través del nodo
4, a través del nodo 5, a través del nodo 8 o a través del nodo 6, 7
y 8. Dos de estas rutas de red son redundantes. Las rutas de red
redundantes están integradas en la red de datos para posibilitar el
procedimiento según el invento para la recepción de programas de
datos. Preferentemente se interrumpen los anillos creados a través
de las rutas redundantes de la red para la parte de NRT de un ciclo
con ayuda del Spanning-Tree algorítmico para que no
aparezcan mensajes de datos con referencias circulares.
La figura 3 muestra un nodo conforme al invento.
Los nodos conforme al invento tienen los puertos de entrada 10 y 11.
Los datos útiles del paquete DT A, los cuales serán recibidos
previamente al puerto de entrada 10, son almacenados en la memoria
12 en una dirección segura. La dirección es, a través de la
identificación del paquete de datos DT A, segura, o bien la
identificación es ordenada semejante a la dirección. La aplicación
13 del nodo puede acceder a los datos de la memoria 12. El nodo
señala el temporizador 14, el cual está sincronizado con
temporizadores de nodos más lejanos de la red de datos. Sobre el
puerto de entrada 11 irá a continuación el paquete de datos
DT B recibido, que posee la misma identificación que el paquete de datos DT A.
DT B recibido, que posee la misma identificación que el paquete de datos DT A.
La función del nodo según el invento viene
explicada en el diagrama de flujo de la figura 4.
Primero, el paquete de datos DT A válido es
recibido (paso 15). Sus datos útiles y su valor de Temporizador
asignado se almacenan inmediatamente después (paso 16).
Entonces se recibe otro paquete de datos DT B
válido (paso 17).
Si los valores de Temporizador asignados a los
paquetes de datos DT A y DT B no son idénticos (paso 18), los datos
utilizables del paquete de datos DT A y su valor de Temporizador
asignado son reemplazados (paso 19).
El valor del temporizador estará preferentemente
constituido por un ciclo de contador, quiere esto decir que el valor
del temporizador es igual al número de ciclo actual. El paso 19 será
implementado si el paquete de datos DT A en el ciclo actual no se
recibiera al presentarse una perturbación en la ruta de transmisión
apropiada. Si el paquete de datos DT B es recibido, estarán todavía
los datos utilizables del anterior ciclo en la memoria, ellos podrán
ser sustituidos entonces por los datos utilizables actuales.
Si el valor del temporizador del paquete de datos
DT A y DT B es igual, no es necesario que sean sustituidos los datos
del paquete de datos DT A con los paquetes de datos DT B (paso
20).
Resumiendo, la invención trata de un
procedimiento para la recepción de paquetes de datos en sistemas de
comunicación con rutas en redes redundantes.
Los datos recibidos de la copia periférica son
conducidos al menos a dos diferentes rutas de red. De esa manera, el
nodo puede almacenar una copia periférica en una memoria (13) si la
comunicación de datos en una ruta de red está perturbada.
Claims (8)
1. Método para la recepción de paquetes de datos,
los cuales son identificados por identificadores, en una fast
ethernet, isócrona en tiempo real, IRTE, para comunicación en tiempo
real, en el cual un nodo tiene un primer (10) y un segundo (11)
puerto de entrada y el cual en la red de datos tiene una ruta de
redundancia según los siguientes pasos:
- -
- Recepción (15) en el primer puerto de entrada del primer paquete de datos con un identificador en el primer valor del temporizador.
- -
- Carga (16) los datos del usuario desde el primer paquete de datos en el espacio direccional del identificador en una memoria en el nodo, y carga el valor del primer temporizador.
- -
- Recepción (17) en el segundo puerto de entrada del segundo paquete de datos teniendo el identificador del primer paquete de datos en el segundo valor del temporizador.
- -
- En caso de que el primer y segundo valor del temporizador no sean idénticos, sobrescribir (18) el espacio de dirección, asignada al identificador, y el valor del temporizador cargado del primer paquete de datos, con los datos de usuario y valor de temporizador del segundo paquete de datos.
Por el cual, el valor del
temporizador con el que un paquete de datos se recibe, corresponde
al número de ciclo del ciclo isócrono en el momento en que el
paquete de datos es
recibido.
2. Método, de acuerdo con la reivindicación 1,
con los siguientes pasos adicionales para el caso de que el primer y
segundo valor del temporizador sean idénticos, el dato de usuario
del primer paquete de datos no es válido y el dato de usuario del
segundo paquete de datos es válido: sobrescribir (19) el espacio de
dirección asignado al identificador con el dato de usuario
proveniente del dato del segundo paquete.
3. Método de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2,
por el cual el espacio de direcciones que es asignado al paquete de
datos con un identificador, es sólo sobrescrito con el dato de
usuario de un paquete de datos si el paquete de datos con el
identificador es válido.
4. Método de acuerdo con una de las
reivindicaciones de la 1 a la 3, no solo permite recibir datos en
tiempo-real-crítico, sino además
datos en tiempo-no real-crítico.
5. Método de acuerdo con una de las
reivindicaciones de la 1 a la 4, en el cual sólo los datos de
usuario de los paquetes de dato válido es cargado en el espacio de
dirección que es asignado en la memoria (12) al identificador.
6. El nodo con una aplicación en una Fast
Ethernet isócrona en tiempo real, IRTE, para comunicación en tiempo
real, teniendo al menos una vía de red redundante.
- -
- capacidad (10) para recibir en el primer puerto de entrada un primer paquete de datos con un identificador en el primer valor del temporizador.
- -
- capacidad (12) para cargar el dato de usuario del primer paquete de datos en el espacio de dirección asignado al identificador en una memoria en el nodo, y para cargar el primer valor del temporizador.
- -
- capacidad (11) para recibir en el segundo puerto de entrada un segundo paquete de datos, teniendo el identificador del primer paquete de datos, en un segundo valor del temporizador,
- -
- con capacidad para sobrescribir el espacio de dirección asignado al identificador, y al valor del temporizador de carga desde el primer paquete de datos con el dato de usuario y el segundo valor del temporizador del segundo paquete de datos en el caso de que el primer y segundo valores del temporizador no sean idénticos,
con ello, el valor del temporizador
con el que un paquete de datos se recibe, corresponde al número de
ciclo del ciclo isócrono en el momento en que el paquete de datos es
recibido.
7. Fast Ethernet isócrona en tiempo real para
comunicación en tiempo real, teniendo la menor vía de red redundante
y varios modos, del cual el menor modo con una aplicación tiene las
siguientes capacidades:
- -
- capacidad (10) para recibir en el primer puerto de entrada un primer paquete de datos con un identificador en el primer valor del temporizador.
- -
- capacidad (12) para cargar el dato de usuario del primer paquete de datos en el espacio de dirección asignado al identificador en una memoria en el nodo, y para cargar el primer valor del temporizador.
- -
- capacidad (11) para recibir en el segundo puerto de entrada un segundo paquete de datos, teniendo el identificador del primer paquete de datos, en un segundo valor del temporizador,
- -
- con capacidad para sobrescribir el espacio de dirección asignado al identificador, y al valor del temporizador de carga desde el primer paquete de datos con el dato de usuario y el segundo valor del temporizador del segundo paquete de datos en el caso de que el primer y segundo valores del temporizador no sean idénticos,
por lo cual, el valor del
temporizador con el que un paquete de datos se recibe, corresponde
al número de ciclo del ciclo isócrono en el momento en que el
paquete de datos es
recibido.
8. Los programas de ordenador para un nodo en una
Fast Ethernet isócrona de tiempo real, IRTE, para comunicación en
tiempo real, usando paquetes de datos identificados por
identificadores, tiene los siguientes pasos:
- -
- recepción (15) en el primer puerto de entrada el primer paquete de datos con un identificador, en el primer valor del temporizador.
- -
- carga (16) los datos del usuario desde el primer paquete de datos en el espacio direccional del identificador en una memoria en el nodo, y carga el valor del primer temporizador.
- -
- recepción (17) en el segundo puerto de entrada del segundo paquete de datos teniendo el identificador del primer paquete de datos en el segundo valor del temporizador.
- -
- en caso de que el primer y segundo valor del temporizador no sean idénticos, sobrescribir (18) la dirección asignada al identificador y el valor del temporizador cargado del primer paquete de datos con los datos del usuario y el segundo valor del temporizador del segundo paquete de datos,
por lo cual, el valor del
temporizador con el que un paquete de datos se recibe, corresponde
al número de ciclo del ciclo isócrono en el momento en que el
paquete de datos es
recibido.
Applications Claiming Priority (4)
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